Gyroid Nickel Nanoestruturas de dibloco copolímero supramoléculas
Summary
Este artigo descreve a preparação de nanofoams níquel bem ordenadas por deposição química de metal para modelos nanoporous obtidos a partir supramoléculas base de copolímeros diblock auto-montados.
Abstract
Espumas metálicas Nanoporosos possuem uma combinação única de propriedades, – eles são cataliticamente activas, termicamente e electricamente condutor, e, além disso, têm uma elevada porosidade, elevada relação de superfície-para-volume e resistência-peso. Infelizmente, as abordagens comuns para a preparação de nanoestruturas metálicas tornar materiais com arquitetura altamente desordenado, o que pode ter um efeito adverso em suas propriedades mecânicas. Os copolímeros em bloco têm a capacidade de se auto-organizar em nanoestruturas ordenadas e pode ser aplicado como modelo para a preparação de nanofoams metálicos bem ordenadas. Aqui descreve-se a aplicação de um complexo supramolecular bloco baseado em copolímero – poliestireno-bloco-poli (4-vinilpiridina) (pentadecilfenol) PS-b-P4VP (PDP) – como um precursor para nanofoam níquel bem ordenada. Os complexos supramoleculares exibem um comportamento de fase semelhante a copolímeros em bloco convencionais e pode auto-montar em bicontinua o engenho morfologia gyroidh duas redes PS colocados numa matriz de P4VP (PDP). PDP pode ser dissolvido em etanol, levando à formação de uma estrutura porosa, que pode ser preenchido com metal. Usando a técnica de chapeamento electrolítico, níquel pode ser introduzido nos canais do molde. Finalmente, o polímero restante pode ser removida através de pirólise a partir de polímero / inorgânico nanohíbrido resultando em espuma de níquel nanoporoso com morfologia gyroid inversa.
Introduction
Existem várias técnicas disponíveis para a preparação de nanofoams metálicos: dealloying 1-3, sol-gel aproxima de 4,5, nanosmelting 6,7, e a síntese de combustão 8. No processo dealloying, o material de partida é geralmente uma liga binária, por exemplo, uma liga de prata e de ouro. O metal menos nobre, prata, neste caso, pode ser removido quimicamente ou electroquimicamente, resultando numa espuma de ouro poroso desordenado com ligamentos nanométricas. Na síntese de combustão, o metal é misturado com um precursor energético que liberta energia durante a sua decomposição e conduz à formação de metais nanofoam 8. Estudos sobre o comportamento mecânico de espumas de metal indicam que em arquitecturas desordenados tensões não podem ser transmitidas de forma eficaz a partir do ligamento à nanoescala macroescala geral 9-11. Assim nanofoams metálicos bem ordenadas se espera que tenham propriedades mecânicas superiores, em comparação com oos desordenados.
A idéia aqui representada é empregar copolímeros em bloco que se auto-organizar em nanoestruturas ordenadas como precursores de nanofoams metal. Dependendo da composição de um copolímero em bloco, o número total de unidades de monómeros e o grau de repulsão entre os blocos quimicamente ligados, várias morfologias parecem tais como: esférica, cilíndrica, lamelar, duplo gyroid, hexagonal lamelar perfurada, e os outros 12-14 . Além disso, os blocos de polímero pode ser degradado selectivamente levando a materiais nanoporos 15. Os métodos mais comuns incluem: ozonólise 16-18, irradiação UV 19, corrosão iônica reativa 20-22, 23-26 e dissolução. As estruturas porosas gerados podem ser utilizados no enchimento com diversos materiais inorgânicos. Óxidos metálicos (por exemplo, SiO 2, TiO 2) são normalmente introduzidos através de método de sol-gel para os canais do molde 27-29. Elchapeamento electroless ectrochemical e são comumente usados para depositar metal em ou em modelos de 30-33. Finalmente, o polímero restante pode ser removido a partir do polímero / nanohíbrido inorgânico através de pirólise 2, dissolução 34,35, 28,29 degradação de UV, etc
Em nossa abordagem, vamos começar a partir de um complexo supramolecular de poliestireno-bloco-poli (4-vinil-piridina) (PS-b-P4VP) copolímero diblock e pentadecilfenol anfifílico (PDP) moléculas. Este complexo é um resultado da ligação de hidrogénio entre PDP e anéis de piridina (Figura 1a). A composição de copolímero em bloco de partida e a quantidade de agregado PDP são escolhidos de tal maneira que o sistema de auto-montagem obtidos na morfologia gyroid dupla bicontinua com uma rede PS e uma matriz de P4VP (PDP) (Figura 1b). Moléculas PDP ficar dissolvido seletivamente em etanol e P4VP cadeias colapso na rede PS (A Figura 1c). Subsequentemente, utilizando o método de revestimentos de níquel é depositado no interior dos poros da matriz (Figura 1d). Após a remoção do polímero remanescente através de pirólise, uma nanofoam níquel gyroid bem ordenado é obtido (Figura 1e).
Protocol
Representative Results
Discussion
Complexos supramoleculares são aplicadas com êxito como precursores de nanofoams de metal bem ordenadas. Neste método, o passo crucial é adquirir o modelo apropriado, ou seja, um molde com morfologia gyroid. No diagrama de fases de copolímeros em bloco da região gyroid é muito pequeno e é bastante difícil de atingir. Isto significa que, se os copolímeros em bloco convencionais são utilizados como materiais de partida, a síntese bastante elaborada tem de ser repetido até que a composição desejada,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Reconhecemos o apoio financeiro do Instituto de Zernike de Materiais Avançados, da Universidade de Groningen.
Materials
| REAGENTS: | |||
| PS-b-P4VP, CAS: 26222-40-2 | Polymer Source Inc. | P9009-S4VP P136-S4VP P5462-S4VP P3912-S4VP |
additional information are provided in a separate table |
| PDP | Aldrich | P4402-100G-A | recrystallized twice from petroleum ether |
| SnCl2 | Acros Organics | 196981000 | |
| PdCl2 | Aldrich | 76050 | |
| NiSO4 x H2O | Sigma-Aldrich | 227676 | |
| lactic acid | Aldrich | W261106 | |
| citric acid trisodium salt | Sigma-Aldrich | C3674 | |
| borane dimethyl amine complex | Aldrich | 180238 | |
| PS-b-P4VP catalogue number | Mn (PS), g/mol | Mn(P4VP), g/mol | PDI |
| P9009-S4VP | 24000 | 9500 | 1.1 |
| P136-S4VP | 31900 | 13200 | 1.08 |
| P5462-S4VP | 37500 | 16000 | 1.3 |
| P3912-S4VP | 41500 | 17500 | 1.07 |
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